Ressourcenbild KRW Produkte Kugellager

Spindellager sind eine Sonderform der einreihigen Schrägkugellager. Sie können neben radialen auch axiale sowie kombinierte Kräfte aufnehmen und eignen sich aufgrund der sehr eingeengten Toleranzen für höchste Anforderungen an die Führungs- und Laufgenauigkeit, Steifigkeit, Drehzahlsteigerung und Reibungsminimierung. Spindellager sind nicht zerlegbar und eignen sich nicht für den Ausgleich von Winkelfehlern. Sie werden hauptsächlich für die Lagerung der Hauptspindel in den Werkzeugmaschinen verwendet.

Abmessungen und Toleranzen

Spindellager werden bei KRW standardmäßig entsprechend DIN 620-2 (Wälzlagertoleranzen) und ISO 492 (Radiallager – Maße und Toleranzen) in P4S, das heißt mit den eingeengten Maßtoleranzen P4 sowie Form- und Lauftoleranzen P2, geliefert. Alle weiteren – davon abweichenden Toleranzklassen oder Sondertoleranzen – sind bei der Bestellung anzugeben.

Wälzlagertoleranzen

Normen

Die Hauptabmessungen der Spindellager sind nach DIN 628-6 (Spindellager), DIN 616 (Wälzlager - Maßpläne) und ISO 15 (Radiallager - Allgemeine Abmessungen) genormt.

Verschiedene Anordnungen von Spindellagern

Darstellung der unterschiedlichen Anstellungsarten von Spindellagern in X-, O- und Tandemanordnung

Lagerausführung

Spindellager sind selbsthaltende, nicht zerlegbare Lager. Neben Radialkräften können sie sowohl einseitig wirkende Axialkräfte als auch in Kombination mit einem zweiten, spiegelbildlich angeordneten Spindellager zweiseitig wirkende Axialkräfte sowie radiale Kräfte aufnehmen.

Bei kombinierten Lagersätzen wird anhand des Verlaufes der Berührungslinien in O-, X-, und Tandem-Anordnung unterschieden. Lager der X-Anordnung sind weniger für die Aufnahme von Momenten geeignet, während die O-Anordnung sehr steif ist und nur ein geringes Kippspiel zulässt. Bei Tandem-Anordnungen verlaufen die Berührungslinien zweier Lager in eine Richtung, was dazu führt, dass Axialkräfte nur einseitig aufgenommen werden können. Dabei wird die Axiallast von beiden Lagern der Paarung aufgenommen und die axiale Tragfähigkeit erhöht.

Aufbau eines Spindellagers

Spindellager in seiner Grundausführung; α – Druckwinkel

Die axiale Belastbarkeit eines Spindellagers steigt mit der Zunahme des Druckwinkels. Die Größe des Druckwinkels wird durch die Nachsetzzeichen C (15°), D (20°) und E (25°) angegeben.

KRW fertigt sowohl einzelne Spindellager in Universalausführung, die in beliebiger Anordnung nebeneinander eingebaut werden können, als auch zusammengepasste Lagersätze mit definierter Lagervorspannung.

Vorspannung

Spindellager werden in verschiedene Vorspannungsklassen eingeteilt. Diese sind nicht genormt. KRW Vorspannungsklassen sind über Nachsetzzeichen definiert. Die Vorspannung ist so zu wählen, dass bei maximaler Axialkraft das unbelastete Gegenlager weiterhin eine ausreichende Vorspannung besitzt. Auf die Abhebekräfte ist zu achten. Hierfür sind die Ingenieure der KRW Anwendungstechnik zu kontaktieren.

Käfig

Spindellager sind bei KRW standardmäßig mit einem außenbordgeführten Hartgewebefensterkäfig (Nachsetzzeichen: TPA) ausgestattet. Andere Käfigausführungen sind auf Nachfrage verfügbar oder werden anwendungsspezifisch ausgewählt und entsprechend als Nachsetzzeichen am Lager gekennzeichnet.

Allgemeine Informationen zu Käfigen

 

Spezifische Nachsetzzeichen

CGeänderte innere Konstruktion, Berührungswinkel 15°
DGeänderte innere Konstruktion, Berührungswinkel 20°
EGeänderte innere Konstruktion, Berührungswinkel 25°
TPAMassivfensterkäfig aus Hartgewebe, geführt am Außenringbord
UUniversallager, Nachsetzzeichen gefolgt von einem Buchstaben, kennzeichnet den Vorspannungsgrad des Lagers. Es wird unterschieden zwischen:
L - leichte Vorspannung
M - mittlere Vorspannung
H - starke Vorspannung
DULagersatz bestehend aus zwei Universallager, Nachsetzzeichen gefolgt von einem Zeichen, kennzeichnet den Vorspannungsgrad des Lagers. Es wird unterschieden zwischen:
L - leichte Vorspannung
M - mittlere Vorspannung
H - starke Vorspannung
TULagersatz bestehend aus drei Universallager, Nachsetzzeichen gefolgt von einem Zeichen, kennzeichnet den Vorspannungsgrad des Lagers. Es wird unterschieden zwischen:
L - leichte Vorspannung
M - mittlere Vorspannung
H - starke Vorspannung
QULagersatz bestehend aus vier Universallager, Nachsetzzeichen gefolgt von einem Zeichen, kennzeichnet den Vorspannungsgrad des Lagers. Es wird unterschieden zwischen:
L - leichte Vorspannung
M - mittlere Vorspannung
H - starke Vorspannung
PULagersatz bestehend aus fünf Universallager, Nachsetzzeichen gefolgt von einem Zeichen, kennzeichnet den Vorspannungsgrad des Lagers. Es wird unterschieden zwischen:
L - leichte Vorspannung
M - mittlere Vorspannung
H - starke Vorspannung

 

Ausgleich von Winkelfehlern

Spindellager sind zum Ausgleich von Schiefstellungen ungeeignet. Schiefstellungen führen zu einem ungünstigen Abrollen der Kugeln und rufen im Lager Zusatzbeanspruchungen hervor, die die Gebrauchsdauer verringern.

 

Drehzahl

Ausschlaggebend für die erreichbaren Drehzahlen ist die Gesamtenergiebilanz des Lagersystems. Sie ist abhängig von:

  • der Lageranzahl
  • der Lageranordnung
  • der äußeren Belastung
  • der Vorspannungsklasse
  • der Schmierung und
  • der Wärmeabfuhr.

Die kinematische Grenzdrehzahl nG ist ein praxisbezogener mechanischer Grenzwert und basiert auf der mechanischen Betriebsfestigkeit des Wälzlagers in Abhängigkeit seiner Einbausituation und der Schmierung. Die Grenzdrehzahl von Spindellagern wird, abweichend von anderen Lagerbauarten, nach dem verwendeten Schmierstoff (nG Fett oder nG Öl) unterschieden und darf auch unter optimalen Betriebsbedingungen ohne vorherige Rücksprache mit KRW nicht überschritten werden.

Die Grenzdrehzahl für Fettschmierungen gilt unter der Voraussetzung, dass ein auf die Betriebsbedingungen abgestimmtes Hochgeschwindigkeitsfett unter der Verwendung der richtigen Fettmenge zum Einsatz kommt.

Drehzahlgrenzen in Lageranordnungen

Werden die Spindellager in einer starr vorgespannten O-, X- oder Tandem-Anordnung gepaart so LINK zu Abbildung 1, reduziert sich die in den Lagertabellen angegebenen Grenzdrehzahl des Einzellagers. Hierfür wird ein Reduktionsfaktor fr eingeführt, der in der nachfolgenden Tabelle je nach Lageranordnung definiert ist.

Tabelle für Spindellager - Drehzahlgrenzen in Lageranordnungen

L: Leichte Vorspannung, M: Mittlere Vorspannung, H: hohe Vorspannung

Zulässige Betriebstemperaturen

Die zulässige Betriebstemperatur eines Lagers ist durch Käfigmaterial, Maßstabilität der Lagerbauteile (Laufringe und Wälzkörper) sowie den Schmierstoff begrenzt. KRW Lager sind standardmäßig bis 200°C maßstabilisiert (S1). Allerdings begrenzt der Hartgewebekäfig die maximale Betriebstemperatur auf 100°C. Auf Anfrage liefert KRW ebenfalls Wälzlager für höhere Betriebstemperaturen.

Allgemeine Informationen zu Käfigwerkstoffen

Dimensionierung

Eine Auslegung von Spindellagern entsprechend der Lebensdauer nach ISO 281 ist möglich aber in der Praxis unüblich. Da Spindellager in der Regel dauerfest, das heißt unterhalb der Ermüdungsgrenzbelastung betrieben werden, finden die Gesetzmäßigkeiten der Materialermüdung keine Anwendung. Eine Auslegung erfolgt demzufolge nach den Anforderungen der Lagerung hinsichtlich Tragfähigkeit, Steifigkeit und Genauigkeit.

Statisch werden Spindellager entsprechend der nachfolgenden Formel hinsichtlich ihrer Tragfähigkeit berechnet.

S0*Belastungsverhältnis für Dauerfestigkeit, dynamische Tragsicherheit[-]
C0statische Tragzahl (aus der Lagertabelle)[kN]
P0*äquivalente Lagerbelastung wird mit den Kräften der dynamischen Belastung nach der Gleichung der statischen äquivalenten Belastung berechnet[kN]

Statisch äquivalente Lagerbelastung P0*:

Für Spindellager gelten folgende Zusammenhänge:

P0statisch äquivalente Belastung[kN]
F0,rstatisch Radialkraft[kN]
F0,astatisch Axialkraft[kN]
eBerechnungsfaktor, siehe Tabelle[-]
XBerechnungsfaktor, siehe Tabelle[-]
YBerechnungsfaktor, siehe Tabelle[-]

 

AusführungeXY
Ausführung C1,090,50,46
Ausführung D1,20,50,42
Ausführung E1,300,50,38

Wenn an einer Lagerstelle mehrere Lager in X-, O- oder Tandemanordnung zum Einsatz kommen, teilen sich die äußeren Lasten auf. Es muss stets das am höchsten belastete Lager betrachtet werden. Die nachfolgende Tabelle gibt einen Überblick, wie sich die äußeren Lasten auf die kombinierten Lager verteilt.

 

Tabelle für Spindellager - Drehzahlgrenzen in Lageranordnungen

Eine präzisere Berechnung für die Auslegung der Spindellager ist die Ermittlung der Hertz‘schen Pressung zwischen Kugel und Laufbahnen mit Hilfe eines Berechnungsprogramms und der ISO/TS 16281. Diese darf den Maximalwert von 2.000 N/mm² nicht überschreiten. 

Radiale Mindestbelastung

Für den zuverlässigen Betrieb eines Wälzlagers wird eine Mindestbelastung benötigt. Wenn die Mindestbelastung unterschritten wird, kann Schlupf auftreten. Die radiale Mindestbelastung für Spindellager kann überschlägig mit 1% der statischen Tragzahl C0 des Lagers angenommen werden. Sollte dieser Wert unterschritten werden, ist Rücksprache mit der KRW Anwendungstechnik zu halten.

 


 

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